Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

ОБРАЗОВАНИЕ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ И Н2 ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫМИ ПОЧВАМИ

ВАК РФ 04.00.03, Биогеохимия

Автореферат диссертации по теме "ОБРАЗОВАНИЕ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ И Н2 ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫМИ ПОЧВАМИ"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи МИНЬКО Олег Игоревич

УДК 631.433 : 631.417 : 574.4

ОБРАЗОВАНИЕ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ И Нг ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫМИ ПОЧВАМИ

Специальность 04.00.03 — биогеохимия

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА —1987

-

''г/сгс/с^с"

Работа выполнена на кафедре химии почв факультета

■ почвоведения Московского государственного > университета им. М. В. Ломоносова.

Научный руководитель; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Я. М. Аммосоваи

Официальные оппоненты: член-корреспондент АН СССР, доктор биологических наук Г. А. Заварзин, кандидат сельскохозяйственных наук Н. Н. Игнатьев.

Ведущее учреждение — Почвенный институт им. В. В. Докучаева.

Защита состоится « 6> V . .1987 г.

в 15 час. 30 мин. на заседании специализированного совета Д.053.05.57 при МГУ им. М. В. Ломоносова в аудитории М-2 (119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан О^СйЛ^иХхЯ^- . . 1987 г.

Приглашаем'Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета по биогеохи-М1ш в-Московском университете, а отзывы на автореферат

■ (в двух экземплярах) просим направлять по адресу: 119899, Москва, Ленннскне горы, МГУ, факультет почвоведения, специализированный совет по бногеохимин.

Ученый секретаре специализированного со'и'тм —■

Л. А. Гришина.

■л ; , дкуйге;.^. Образование газообразна веществ -

ключевой процесс в йзогаоззгжческвх круговоротах элементов с воэ-дукно2 формой киграври. и некоторых металлов. Исследование дана-шив состава газовой фазы пота является эффекгавнш средством изучения п ковтролн ряда почвеиных процессов. Особое внимание уделяется газовой фазе нереувжахкекнш: почв, что вызвано сраеут-ствкеы в не2 токсэтннх для о/х культур веществ я газов, которые при попадания: в атиосферу участвуют во икотах фотохимических реакциях.' Вместе с тем, ьаогие вгшгыа токлояенти газовой фазы переувлажненных почв изучена еще '{рашзатарво. Это, в сервув очередь, касается молекулярного водорода (Н2) а газов, участвующих в круго-■ ворота углерода. Основная причина иад©2 изученности газовой фазы переувлажненных, почв заключается в недостаточноЗразработавности экссериментадапя методов. : : . .

' . ' Сель ■работы".1. Изучить образование углеродсодержадих газов я -Нд -ВвреувлаЕавнашд почвами*' ; .' ■ ■ ^ро^нУ Ьадата'рсследовашм.;

1. Разработать ссосо<5 отбора а модификация методов хрокато-графического анализа газообразных веществ.переувлажненных пота.

2. В »сдельном явсдерпменте'изучить процессы образования : углеродсодержэдих газообразных ветеста а затопленной почвой. ..-;■-'. 3. Исследовать в модельных, экспериментах нростраяствевно-временв^ динамику образования углероде одертазря газов и Н2 в за-топленаоЗ почве.'; ■■■■■ ..' 7 Дл/'

■О',- 4'. Изучить в природа их условиях образование газообразных углеводородов и молекулярного водорода яереувяаянешнма почвами.

Ц^ущая,ровизна. Пзтчена дростраясувенно-бремеааая динамика • образования газовв затоплекноЗ почве» С поноса с поело Сно—аалач-■¿ЬвЬа^'раслвт£-:011редвде^:Б&л2ЧЕны кажунвхся зкоро«те4 образовать

и : Й-З-^ЧЕ^ .'• ■ . ' ■

КшграгькА)? Г

Кг к граям;« я Пгучия Г^ил^йт*1;! , Е'агсссс".-«! ««¡д-Я^ с:,ги.-т'»г-гГ:.зм. V дгй.» ЕЯ. К. Л, 1кя:'пс>. •

Hg, COj». си4 л Cgll^ в затопленной почав, что позволило впервые исследовать пространстве кно-Ереадшшб закономерности фуквдгонкро» вопия газовых гстощгакоа в »тих почвах. Установлено, тго в затопленной почвэ трансформацзя гля.чоэы до газообразных веществ происходит в. параллельно цротекашпх процессах бракекия'я окисления. Оценены потеря углерода из oponíaегса почз за счет „дассна газообразных углеводородов а атмосферу. Впервые обнаружено образовали9 в почвах в прпродна условиях углеводородного газа с относительная содержащими метана, этана и пропана, бл^зыа.® к такоаш в природной углеводородном газа оромш^е/писс залeseЯ. Разработан способ отбора газов кз nous с лвбоЛ степенью узлажиешм, основанный на использовании неубранного пробоотборника,

пвяттос^. Раэработагцше методу отбора п анализа газов шгут бить попользованы в биогеоетдтских, почэепнпх а экологических исследованиях, а также для контроля

за воздушна.! резкагом почв. IIa способ отбора газов из поч^ подучено Авторское свидетельство СССР. Оценки Biloca углерода пз еочв . аа счет э^згссии газообразных углеводородов в ап:ос?еру >;огут бхяь\ исподьзоваиц пра прогнозирования потерь углерода орооае:дгл1 шчва-ии юга черноземной зоны СССР. Результат работы, касазспеся газо-. образных алкавов в почвах, когут бите цргменеиц корректировки. показателей, яслользуемыг сра прсведенга попета гаэовиэс и гаэо-¡¡офтяных месторождений методом газовой съемка.

Арррбадуз pqíyr^- результата диссертационной работа рассмотрены ца заседаниях ка$едри Йи.^и почв ф-та Почаоведецгм ИГУ (IS34-1086 гг), доложены па УГ кодере una ыолодкх учеакх ф-та Почвоведения.1Я7 (1335), сколе-семинаре холодах ученкЕ (Пушимо, I?S5)> Ä-ou Усесоюзпои соведгиця по геозстати углерода (Иосхва, l«3eí а представлялись' ш УЦ делегатском съезде ЗОН (Таяхеят,IS35) Ito теме диссертация опубликовано 8 работ, голу-

чено Авторское свидетельство СССР на изобретение,

. , Хпосвртадао2шш1 работа изложена яа 100 страял- .

цзх маккзоппсвого текста, вклхгчает 13 таблш а 43 рисунка. Список ' Естыэзованаой литературы настегивает 176 назааняй (пз кшс - 64-эарубехных). :

Автор благодарят профессора Е.Г.Роэаяова за пред оставленную возможность работать в составе »ксдядац^Д Е£<*едра Обшзго почвове-' делал,' к.б.н. С.З.Касдарова - заучаотие в плодотворных обсуяде-нзях результатов работ» ж к.б.в. Н.С.Сашгкова, оказавшего во- . мота s разработке математической модели меыйранаого пробоотбор-

I. ОВЬЕКШ ИССШШШКЯ В модельных вксиершентаэс использовал» образцы горизонта ,

■ А1т+ А чернозема шяого (Одесская обл.). Объекта« исследования э природных условиях была почвы Одесской 2 "ооновской областей;

■ чернозеи канна (сод люцерной); чернозем югай

з лугово-болотная

; почва, затоплензнепод, культуру рпса;гидроморфнш солончака; , дерново-подзолистая. аерегнойно-грунтсгво-глеевая и торфянисто- .. глеевая почвы.■ . V . ';

-л" :■ 2. РАЗРАБОТКА ЫЕТОДОЗ КгаЛЕДОЗЫШ - '

.' Па стздш разработки методов есследования решались два за: дачи: цробоотбора и анализа газов переувлашенаще почв.

; разработанщй пака способ отбора газов сз почв' с любой степень» увлажнения основан на использованив кёмбранного сробоотбор-; нста (Ш), : г ориз оятадьв о зашшпэа емого на развив глубкнн в почву (ряс.1). Ш представляет собой полую перфорированную трубку из ■ инертного материала,'- погфьту» сверху гэзопронзтаеноЗ мембразгой, и . сообщается с дневной поверхность!» гпЗкем елйнгои, аакритал аа ■ ■

■ ..коя» резиновой Ерокладкол, через .которую гролзводят отбор гроб -

трубка, 2 - газ опрокида «лая мембрана, 3 - газопроводами шланг, ■ 4 - резиновая прокладка, 5 - днеавая поверхность почаи, 6 - гар- ■. матиэкрутаве кольцо« ■ , "

воздуха.

В начальной момент после введения Ш в BOtoy состав воздуха вцугрп ;ш соответствует агиосфервоиу. Затей хонпеатрациг отдельных газов внутри и снаружи Ш выравнлваотск ь Процессе, скорость которого может йить в первом цржиоемаяя «дасаяа.законом Сака:

• ■ - D*s ~ ■■ (I), где ". /

с - кощеитрация анализируеиого ï'asa в воздушной пространстве Ш; с - концентрация того же газа в почвенном воздуха, о которым контактирует Mît т ~-объ«м Ш; s — площадь яоверхкостд «охраны; х - толащна,мембраны* ю - коэ^г^ииеит ла^узга газа в кемЗрана; t - врем«» ■

Еата объеы шланга 3 шл по сравнемжю с ойъеыом трубка 1, то V « *е21 где s il - рада yo г длина трубка, соответственно. То~

'.Ûrëtff-O ■ ■

.Ытег^'рйвалце (2) tipa грзничяих условии t =0, С'*й0 приведет к шдошшо с w т -(1 _ ^pt/îbcj (з).

^¿шдаг/е (Э) является штеилтаческог v-оделы) LHÎ ж позволяет на ibpaMnTf.K :Г1, оггтп'.-ллыш'Э да рг^члггл '.-г-мих iicc.ie.ae>-

к / Ля ' ■

£ н» Р*^

* ♦

* _ |

г

1 ¿0 ЦЛ £04

4 Г С * ДО«*

у V

Г? Г-*

V

* V 3

I 1 »- ■ ■ -

Л

19*

Рис.2„Кинетические кривив установления равновесия вэутрз КШ А и В - , С - Н2 В з-алпсЕМОСГЯ от А - радиуса трубки Ш, В и С -толпшш полиэтапповой мембраны; 1- экспериментальные точке, .2 - теоретячбетая кривая.

, вательекпх задач. Проверка его справедливости в лабораторных опытах доказала удовлетворотельное согласие между экеяерзшенталъ-даии и раечетпнвд данными (ряс.2). " ■

Дм енахкза газов и летунах органически! веществ (ЛОЗ) переувлажненных почэ использовали метод газовой хроматографии. В свя-- зя с тем, что существовавшие методы устарели или не адаптирована ; -к о<5ьекган почвенного сроисхаздения, вровелш модификацию условий

I

анализа, газов переувлажненных пота (табл.П.

. ■ ■ Таблица Условия гаэ-хрокатогра^ического разделешм и анализа

'У;-- газов в ЛОВ пероувлагаеоткх по1®"

Газы.:

лов,:

' ПрюЗор;• детектор V

:1роштсгр.:

Iа аэ-но-:твнпвратур-

:колонка: гНеггодваз:-: сителз;: вне условия:

СО, , *' ■. жатарокбтр

:размеры, ::ная £аза : илот.,: ь , «

- и. ' ■ ' • т_22.

. 0,3x250 Рогара* <г Не;40

Но Газ охрсм-31С1; из-?*. ' воздух; -

• . по теплопровод- 80 ■.. ■*

0,3x150 Рогарак <; Пе;35

теплопроводности и теплоте ■■ сгорании ■ • V,. -

ч1 Ст-С/р Хроы-5; углеэо- 1Щ

ДОРОДН

ЛОЗ .

к - е- температура гегт'эстзта хроьйтогра^гческоЭ колоакг - те?-т.ерзтгра ззода прс-Л;.

гдзкози в ззтоплшщом черноземе: 1-гдгжоз« ,2-йгомасса ьзЕкрооргакхзмов, З-ч^ ,4-002» 5-6 утери- ,6~ацетат, 7-этакод.

образования СН< затоиквшш черноземом, .-•с'- ,

V & - Рес.4.'.,-

(Г ¿ме-

■ . 3. ПРОЦЕССА, ОТЭЕТСТВНШЕ ЗА ОШЗО^УЕЗ ГА300НРАЕГШ ■

ВЕЩЗСХВ ЗАТ01Ш2Ш011 ПОЧЗОП ■ Цзтояяяа" • Во фмкоян помеаала 100 г почем, кого—

руг> заливала 100 воет о глокозой (2 № С/г дочек) я Еккубяро- ■ ваяв при 22°0\ в даяамш» определяли углерод биомасса почзокнах ,.'. микроорганизмов, концентрации глюкозы в. почве» скорости образо- ■ . ваная почвой газов и кондеятрагаш. ЛОЗ в воде, затаИлкващеЙ почву.

Дигикпьа трансформации глюкозы г затоскеняой кочае сред- '1 ставлена на рис.3. Балансовый расчет, осговаянаг.на сравнении-колгчветв потребленного углерода глюкозы и суьыы углерода обра- / эо&авздяся из нее соедкнегай, ■ погаэал ^остатотао вадяуи кдеятя-. : факадаю продуктов квтабегаша ^б'^хй^Б * ^ой ученные результаты свидетельствует, ■что ооковнш анаэробяга процессом прёЕразшкия глжоэы в затопленной терноэй.э яв,адется шаялкокведов брозеязв. . По ок01ггаЕки прОц&сса брожения пачкается стагая иетаногеаеза " (ркс.4). Обняргтеяо заметное саеаенме во времени периодов о гак-' сиг.альаой «дтейсмиость» кроаесеов брохеягя 2 обрээозаюш С.'.^. .

?0йчеТ доказал, что ацетата и Оутирата образоьалоеь а почав

в W tJ» fM fM t,™ i «И JO* *Oé ttVá

Рие.5.Д2кэыика процессов сбражлвания (А) * окислоши (В) глюкозы: X - глюкоза, 2 - С02% 3 - скорость потребления глюкоза (Ч).

вначитально меньше, a C0¿ - больше, чей предусьттрявает стенто-метрия маслянокпслого Оражеяяя. Это объясняется тем, что глюкоза . в эгтоаленло! почве не только сбраживается," но е частично окисляется до Cttj. T.e^ во начала юетаногешой стадии имеют меото два ^параллельно протекапдах процесса трансформации гдшозы: сбраазша-aze и окисление до COg. . '

- г ; . На основании облученных результатов, а также стехиометрии каслянокпслого брохеаая в окисления, проаели разделение этих процессов "во времена. Подученные кинетичеокна кривые (рис.5) указы- -' ваот^ на существенное7., изменена«» во вреь-.еки скоростей сбражя&аняя . я окисления глвкозы. Соотношение меаду зтпни процессами в тот или иной перисд развития микробного ценоза определялось, по-вядн-цоыу, $актораыя, регудируталми содержание в почве анаэробных в аэробных юверозов.

* " 4. аРОСТРАНЗТВЕННО-ЕРШЕаЕАЯ 0БРЛ302Л12М ГАЗОЗ

,:В ЗАТОЕШШОП ПОЧВЕ '. . '

: ■ ; Наибольшее соответствие прлроянш условия« в модельном экс-" першенте достигается - при изучении образования rasos в профплег ■почвы. Цель твквх экспериментовполучение целостной пространственно-временной картины образования ж переноса;газов в почвен-во* промяло. . ; V,■ "■'■У' -L_;

■ ■•■'у Уетог^гаЧгсрдр^.^я?!.. Изучение- гросттялствспно-врс.гбгаоД

дщеышси образовался газов в затопленной почве проводила путем пос&о/нсго т ученая. двна-ьшш хо.чцептрашгй газов. Обдпй взд разработаааого нз;.з( устройства показал «а ргс.'б. Внутренние размори сосуда - 15x15x65 см: в него с аагом 5 см устанавливали, 151 и попадали цасшшой мо-иоигт горизонта Апах+- А черао-эема шкого висотой 55 или 40 см* ■ Еочву заливала слоем воды в 10 П:с.С.ОЛце?: вгз устройства,

с« а доергая в доия» кончен- предназначенного шя изучена

грос трепета екпо -зремс шгой джш-традаа газов ва разаых глубинах. ■ образования газов в почве.

проведены следуясге зкспв- -. рслентц: с внеселкои глюкозк (2 кг С/г сочви) я с вкеселгем расовой солдаш (10 1Л*/г почвы), В связи о там, что воздельлйешЛ под культуру риса ккнкй чернозём 1агает ка гдуйлпв 30-40 си уплотненный слой, существенно за^вдипсяЯ газообмен с ккдележаяшЛ Ъора-зоятсли, а ытфобаологкчесКЕв процессы образования гада'а дрзуро- ■ чены, в основном, к верхнему горизонту, - таг-ал: схеЙ 'постановки модального экспержев'га ^йф&гэ водах ирг-

родврт проС^ьную ситуации. "

Полученное розулЕтаК! 'озрас&ткваля статгстическл, пр,ют~ая, ■■ что дшии.сиа Тазов на отдельпих глуг^-гах в про^-е

почва < у^') состОвУкз спстеи-тическо;; (е)> п случаГло£ . с оставляющих, 1 £«квйеизе проводки: нуте:,: графической ап-"

¿Л'Пйучснзд <1ушца1эш!рсяакгл газогш ^ОТОТ-ЕНКОЗ аучкелука "кгйуплойя" скорости обраэо&лнгут гаэоэ и почие (¡^чие раз::оста

мавду роалышыи скоростянв образования а стокагазов) о помощь» послойно-балансового спосо<1а расчета. При етоы профоь по^да* рассматривали как систему диффузионно-связанных слоев, для которых скорость мз'зенения концентрация газа в i-том слое равна скорости его образования в лои слое tt£) минус скорость диффузионного оттока в пролезший слой с меньшей концеатреккей Ц+1-ыЯ сдой) што скорость притока сз пргл&кадагго слоя с ОашюЗ концентрацией (1»1_ыР слой): й«± ■ ."■.. Х> ."■ '- »

« ' ** к^1"1 " в1> " " ei*l> t4>*

После соответствуаздх преобразований;

ТУ. «ázil , Ikc] + 4 - . 0ltHt1} (5),где

1 ./■■-. At b¿ 1 - 1 ' . 2 ' 2

:cj[," концентрагяя гага в 1-том, i+I-ом л i-I-ом слоях '

почвы в ыоыент speaeraríj; с^, с\+х ~ tjíit « от-

резок времени «езду; двуда последовательными измерениями; О -фективяый коэффициент диффузии газа в почве; ь - пошлость слоев.

*'■' Подстааляя значениях* а соотношение (5),' вычисляла скорое- ' :ти ойразова!ЗЯ газов в почве аа 3EU. При «той была сделалы еле-'душка допущения: а):образование газов имеет «вето только в оА>еиэточва;б) изучаемые газы находятся в растворенном состоянии; а) - перенос газов осуществляется эа счет коняентрадиокной "диффртии; гКкоэффидаеатн диффузии газов в объеме затопленной почва равны яоэффиетевтам диффузии газов'в веяв. Затем строили - поверхности в координатах "время-глубина-систематическая состаэ-дяпцая динамики концентраций гаэа\ иЛвреул-г дубгаа-кажудаяся скорость1 ссразоваязгя газа", характеризующие ЕростраЕствекно-вре-ценные распределения концентрация и скоростей образования газов в загослекном черноземе (pzc.7-10).

"йз представлекзых штериалов видао, что в затошевноХ .почве пропоесы превращения глгкози в растительных остатков в газы вме-

.Л^НЦД

•'■;.. i" cl-í i»- ■

i ' " J,''1,

s>4 . t

.Fu " . " IWwj^mceaM-îmMHiU* gutMPuiti (A,6) tt «Opúcmei oEpJwSi««/С,Д J ú CO} í 3in1MjifHngM

■. Moflan глюяцы)./ ■■

P« ÍU ÍWHIÍ«»M:|IIB [Л.Ьу Ii tKOÇQCmtu 00(14 ii¡ tuno* ^i-,Д j QU » CiH, а м/пспиешип

itwtO" vyidWHC ( ( ЪшЛИДСИш?«! ¿MUCJHJ .

, ' о

PJJC 10«Т!(>оСлтрJHÍЛИнхО• 'tftnenn* Ó^HÍHUKX KOtu^ernpmuú " CKopncmeí oSpijoSimij (С,Д ) CHf « CjH(

airticiMeow» «пином ч^гщмме (с áoSioiíaueti ¡rtCifmmMtHN» ссщщ«0С|)

■ - 14 ■ '/-'■ „■'.'., ...■■. ;'. . ■ ■■ ■

юг схакгый гфосгранотвенно-вре^ешю" характер, о чем сввдетельст— вуте оянотижше распределенияt^it ) и ¿а) ¡'¿леяавея отла-чия касаются, главнш образом, численных к зремвйннх показателей цроцассоа.. Следовательно, есть"основания.полагать, чг-о в затопленной почве образование газов из глюкозы и ростгтельнкх остатков/. протекает сходаш образок:-на первой этапе образование II^, COj к C-Jt^ вгйсана утг-^заггеЯ ■ наиболее доступам соедцденп2;; затем начинается синтез CA4t C^ п С02 гз части : т^одуктов первого этапа, а тагае,: в случае рзстетсльнюс остатков, — др^гдх.трудноуталгзл- :-'-руецкх сосдакеисй в продуктов деструет^' гккДПгерээ. V .-

Сравзителькай ааалкз поверхностей "t-s-c^*" д "«-г- показал, ^о тфостраястБезно-временане расцреде^еш!" скоростей 'образования Газов аалгются осиовнш ректором i оргарозания распредв- _ леявй с* it.а) в загоплекно»'! почве» ^¡даГчузм газов играет при этом подчакеаную раль., "..■*■ •■.;■'..'.■ ■■' ■■/-■■■■'"

Каждый газ (Hg, CO^, CHj,1 СгЛд) характеризуется своим срост-ранствеино-врекенииа рас пред еленлем скоростей образования ,\2йача ' ^ говори, обладает ¡шдЕвидуальнш хараттеером ^тшаконнроаангй Г всточгшжов (¿.анфооргоянзмов с - разной газовой функсаей) - в ■ провале .

ПОЧВЫ. .'.; ~ ;■'.-■ .'.''/' : У-. './-L : ' J; V; " V' ' .

' Процесс ^укксиошгроваяЕЯ газовых асточшкоз а пробеле эатоп- . . ленной почвы Екеет определенные особеэЕОста.В первое время после "тачала образования газов'дайдвдаетсв заметная ди^ерезсааяся почвы оо интенсивности газовых источников, . вцражаэдаяся- в неоднород-; - еш профильном ресдраделениа" величиз скоростей образования газов Далее имеет место постепенное выравягванае*. етоК неоднородности. ■, Обнаруженная закономерность обусловлена, очевидно, слогнш ко»- ■'■■ плекеш причин.' Базщую:роль,.на наш взгляд," могла играть пзна- ■ . чальная пространственная неоднородность в рас пределе нет гзгкроор— ; ганвзиов, лродударугсях joanio газы. - '. ..!'■/.'."'■:'.:■''

.5. oiy\boz!cz'a ГА^.оогрлапл: :Т.;ХЗОЛОРОДОИ :: ггошх'лкюго :.■ IXUOFÚÍV пнгкт^^сл^.пт ¡ТОЧНА:.:: В гаярод тоннах Вылег.ть црпрсдпке закономерности и дать количест-

. венну» оценку процессам образована газон кореузла-леш:п.я почва-га только путем природных паблидеяпЗ и эпссерклекгоз.

Дгл изучения образовался газов орогксшх) aziiurj черноземом проводник цодельио-полезой эксперимент. На ноле загладыъала две цголадш (2x4 м каэдая); одну из которых ороиали напуском нормой воды 500 м3/га,'цругуо - 1000 м3/га. Полпвн проводила двакдн (II еиля д 2 августа); дополклтельнцм источником увлоя-ленля биш додди л 25 ипта). Тазовое дроби огбзрали в период с И/нвля . по 25 августа. \ ■ > *■' ■.'.■

lia рпс.И показаны кривые динамики ко^щентрапа^ газообразных ■ углевасораяав на разных глубинах в грозила юиюго чернозема. Уалаянежм созывает рост концентраций метана, этана, пропана и . этилена а ггочве. При этом концентрации газов на кастой отдельной глубже лро£нля изменяется синхронно. Это свидетельствует об образовании гомологов метана а самой почве, а не эманации C^Ijq и; С^Нд из глубнпнкх слоев. В последнем случае ка<5,издалось Си икая законог.ервость — увеличение концентраций образуемых микроорганизма« цетана и этилена, наряду с непзмеияиз: или сшгитш.ыся концентрациями атака в'протана. Наиболее вероятное предположение .о'природе источника гомологов метана заплетается в образовании ' - C^Jg и С^Ыд г-скроорганизиамв ночзн.; ."./ .. ■.".■.':

Средние ■ скорости э^хссдп (?) газообразных углеведородов из чериоээ:.я скного в атмосферу в статистические-показатели величин У (»- объем выборки, дзссерсая среднего, SJ - опгибка среднего, ®o.o>s? , j Г ЛоверателькыЛ интервал среднего) нрявадезш в : табл12. Как показывает расчет,' экиссия углеводореяов может быть аакетяог статьей расхода углерода оронаеккх почв, составляя для

Ii»*"

ь

¿i,*,.«* ?í

Âî-»^*^ (в-»''j ' A

\j¡¿MO

Cc,H4.of %

4.9*10

2,0'tO

it871 tú? гот . t.»исло. пес au.

Cc^.oS

• -д. to

•—•Jo» 1»iffe* :

йот »t а? за а , ■ .-■' t.«veto, месяц:...

Рис Л1Лйша»шка концентраций газообразных углеводородов в-черноземе гаыом: А - влощадаа с кормой полива 500 у?/тл, ' В — алодадка о яорюЗ nevataa 1000 liVnu. v , д

- чернозема таюго за леттаг. период приткну около 55 кг/га.

, Т а 0 л ir ц а 2

Скорости :>i:zcczß газообразных углееодородов лэ оро^юемго йу.ого чернозем в атмосферу

Газ ; а s* * 4 : s? : • *

CK., . 12 сз% 12 ' l.t'Xr* 6.0.I0"4 7,1'Ю"4 2,2.1er4 ■ 7.9*10""' 2.8*10"' 6.9.ZOT7 3.3.I0™3 2.6-КГ4 1.5-10Г4 : ■ 2.4.10"4 5,2-IGT5 5.7*10~4 3.3.10Г4 5.3-1СГ1 X.I-ICT4

1ьшссдю Е.:олег:ухяркого водорода яз орошаемого чернозема з ет-¡¿оссеру» а токае наличие lío а пробах газов» отобранных из • потоп, с помссьс клевогосся методов {т.е. на уровне чувствительности определения 5-Ю"4 об.Й) обнаружить ве удаюсь,-

t'a рпс.12 показаны профили углеводородов в черноземе ихном й ."TJTOBO—болотной яочэе, затояченнкх под культуру peca. Характер распределена коицеятрацка СоК^, я С^И^ в проста е затопленных почв-практически одкнахов, в рада случаев отличаясь от распределений CH^j, в жв тгбояьше нонцеитрацна углеводородов обнаруживаются в прожгие почв ла глубина 15-25 си. В августе содержание углеводородов а почвах меньше, чем в zma, а их концентра— ска в водах, аатаилдвашгх рисовие чеки, практически разам кон-nejïTpardTi в воднс£ £азе почвекноД гас с и. Это укдзшиот па заметное изменение npc^r-cei! газообразных углеводородов в pacoeia почвах в течете летдего периода.

■3 отллч~е от орогзе.^ого чернозема, затсплешиа под рас потаи содчрглт обпзр—глнае^ш ко.гагчестпа молекулярного водорода n.jQ-3 ci^'H-ZlOO cri3 i I., О), что 'сглщетолъствует о недостаточно гф-активном Ко [-ШгроСни.ы цонозагл! ei'.ix почв.

3 табл.3 щгЛБвдг-кк резу.чътяты оксгтергалситального определения ст'оростеГ; c.sTccni; vT-*: er огородов к iL, па затопленита. под куль-

1Э

26 30 Сс»4

* «

«

0

£ 40

«г * л>

* 'зо

& АО

20

10

0

5 10

го

30

•с

п 49

в• 103Ссх^

1- —-»1— 1-

:' г В ООО,/

^яоЧоа.

в

-I-

»

Рас. 12.Провали утлеводородоэ в талом черноземе - гч (А) к дуто-;',,;

во-болотно?. гочве - лб (В), затопленных сод культуру риса. . ,

Конпентрапаи дат» в са5/1С0 см3 воды. .У.'"' : ' ; ■

Условпке обозначения. -.1-ый .год затопления, отбор 14.07 -вч, 22.07 - лб; а—а- Г-н? год,;19.03- ш, £4.03 - л<П .—. -2-ой год, 1Л.С7 - пч, 22.С7 - лб; «—& - 2-ой год, 20.СО - ст.

гуру ркса почв в агсое^ру. Оценочный расчет* вогаэгшает, что эиио сия углеводородов обусловливает потери изуче1Епгда ргсоьнщ поч— ваиа за летни« период около £20 кг углерода с одаого гектара, .

Таблица 3 Скорости и.мссш! газообразных угл недородов и из ззтоменнкх под культуру риса почв в атмосферу ■

Г а а : » : *,г/(н?«гас) : s2 : s

Т

, эо ■ г.с.хсг3 i.i-icr5 е.г.хсг4 1.3-icr3

cfí4 5 5.9.1СГ3 1.4.КГ5; I.e-КГ3 ' 4.4.1СГ3

CgH4 5- . 1.5-10Г3 I.9.I0"7. 1.9.КГ4 ' S.2.ICT4-

S • 5.1.КГ3 1.0-КГ6 • 1.4.КГ3 3.9.I0"3

5 4.S.I0*4 - ' 3.5.КГ5, 8.4*КГ5 ' 2.3.1СГ4

'D1 8

Совместный анализ результатов, полученных при исследовании ороааемого напуском чернозема и эатотенянх почв,' позволяет сделать ряд заключений: 1.3 откх почвах образуются не, только СИ^ и CJI^, «о и такие газообразные углеводорода, как этак и пропан. 2.йракткческя полное отсутствие ILj в газах оромаеного напуском .чернозема, наряду с эмиссией значительных количеств молекулярного водорода из затопленных почв в атмосферу, свидетельствует о раэ-яой интенсивности процессов образования и потребления ílj в »тих ' почвах . 3 .Поступление а атмосферу газообразных углеводородов ука-на незамкнуты!) характер их круговорота в изученных почвах. 4.'Сравяеш:е скоростей экиссгя, подученных для орошаемого чернозема и почв над рисом, демонстрирует сутяествояиоа (в 2-3 раз) увеличение интеасиваости "потока газообразных углеводородов'в атмоо-. íepy Ери затозлетаи сочви. 5.Скорости эмиссаи этапа из изученных почв в ат^ос^еру инею; близкие со скоростями здиссна метана значения,меньсе ígj, всего в 2-i раза, - 5-Ю раз. Сле-доьатедЕно, необходим ноллчостве; rattíi учет sioosccicb из переувлак— нешгцх почв в атмосферу но только кетояа, so и других углеводородов^ ' -'■.■

Рис,13.11нтервалы - концентраций газообразкш: адканоа а почвах:, от - чернозем каш?., рп - почвы, затопленное вод: культуру риса.' -ге - гпдро(.*орфные солончаки, дп - дерново-лодзолистая, егг - не- -регноГло-гр;итово-глаезал, тт - тор^^сто-глеезая.

Проведенное ксследоагнге гонязало налпчие в почвах значительных (со сравнению с ¡летаком), концентраций этана г'вропаза, о<Зус-лоалешюе, согласно иохухетш результат«!.:, не эшпадаей из глу-б;шп«х слоев, а срогежашк-ш а почве процессами, С кельи изучения ра«фостран$(шоста этого, ранее неизвестного, явления z характеристики состава рассеянного углеводородного газа переувлажненных почв, круг изучаемых природных объектов бш распсгрея. ■

Наблюдения показали, что'кокцентраош Сз~С3-алкаЕ02,в гезо-воЗ Сазе всоледованягзс почв имеют значения в пределах < !»1СГ® - '■ »•ИГ^ов.ЖрасЛЗ). . ,;' ■■

Ллл выяснения относительного состава углеводородного газа 1 со'чв грокзвелз расчет отсосите лькшс содерхакгй (долей.Рд) пре- ■■ дельннх углеводородов от их суукк я статгсггчзскув обработку ре-\ эультатов (тайл.4). Подучеяние лашше 'сявдетельствуго о виеоких . данях этана в пропана в сукка газообразнцх алганов исследованных 1 иезатопяеншж почв,' Олгзк^х.к величинам Рс •• в Рс - в Цр^рся- .: ясы углеводородном газе месторождений. Отношения находятся в пределах 100:(14,7-23,2), т.е. является даче более узкго.л, чел в средаеы "для' газа'■ меетороадшЕЬ: (где: оно. составдя-; V, ет 100:13, по. Соколову,1071). . -Г.'

Таблица 4 Относительные содержания газообразных алканоа в почвах

Кочва : Газ ; п * — ■ : : S2 • :

^ерио-. С1, »с зем w 4- w nsikü . - C^jIIg 46 Жм 46 31,3: 15,8 ' 2,9 44,8 67,8 4,7; 1.0 1.2, 0,3 : ■ 2,о 2,4 0,6 100:23,0

Пидро- СЛ. 1С ПОГОННО г тп солон- ^¿Ъ 1П чаки CjHg Ю а?,г 1С ,4 . 2,4 108,5 101,8: .2,4 3,3 3,2 0,5 7,5 7,2 ■ I.I 100:14,7'

Лер- СЛ. '6 ново- г -3 л подзо- 6 листая C-Jig 6 ?3,1 20,0 2,0 3,3 1,8: 0,3 . 0,8 0,5 = 0,4 2Д 1.3 1.0 100:28,2

Прре— ■ о ГНОЙНО- 9 грун- C-jHg Э TOBO- ГЦ а 81,2 16,8 2,0 12,5 17,7 0,2 Т. 2 1,4 0,2 v ' : 2.8 3,2 0,5 100:23,2-

Тср^я- СН. 7 ■ НИСТО— с тг, п глее- У вая С-.НЧ 7 82,3 16 ,е 1.6 153,7 217,2 0,2 ' 4,7 5,6 0,2 И,5 13,7 0,5 100:22,1 '

и - соответственно ниже,

чем в не затопке иных почва*. &го,

вероятно, вызвано влиянием на. относятедьвна состав углеводород-ног^ газа почв их скислительао-Еосстановительного потенциала . (¡Ji). Такого рода зависткрсть . ■. обнаружена накя на яггмере гвд-ромор^лых солончаков, в которых-

ш rfr-

en -

ее

*я

го i л.

- J'W

Рис. 14 .Зависш-юсть относительных содерюшЙ CH^.CJIg. и С3П0 от Efi почвы (на примере гид-

ро.мор1«кх солончаков).

о увеличением гначйнл^ TL закономерно уменьшались,значения Pqj Z возрастали относительные содержания этана и пропана (pito.14). ¡¡астоязгля этсо'ю.мерность, в случав допустимости со енстраполя— мояот служить хоро-ким о^ъясншгми незначительному относите гопалогсэ «этапа a raooDOÍl (Jaco б;;окоскых

систем, обладащах нвзгсэлп значениями Еь.

Таким образом, в почвах' в природных условиях кожет образовываться углеводородный газ е откосЕтелькю.и содержаниями в нем метана, этана и пропана, близкими к таковым'в природном углеводородном газе месторождений. Следовательно, образование такого газа идет не только, как считалось ранее, в глубинных слоях осадочной толщи, но и ира современных процессах почвообразования.

. ' вив оды ■

1.Путем модельного эксперимента установлено, что в обогащенном глпкозой затопленной гадом черноземе газы образуются в процессах каслянохислого брсаешм- окисления. СС02) а ке-такогенеза (СН^)» При этом процесс брогения предшествует метано-гекезу, ',.■■■. ,■ ■ ;/.' .- '

2.Впервые, на примере насыпного монолита горизонта А^^ + А чернозема шкого. о помоаыз посяоГло-балансового расчета; изучена пространственно-временная дансс.япш концентраций а скоростей ' образована! газов в затопленной почва. Показано,;что прострсяст-венно-вреыешшэ распределения скоростей образования К^, СС^, СН4 д С5Д4 различаются между собой в являются основным фактором формирована« распределений кондаятрацяЗ этих гаэоз'в затопленной

З.Обяаружен пропесс.пространствестой дпЙЕеренлкацса затопленной почвы «о интенсвваости газовых источников, вьгрозазвдйся в неоднородном правильном распределении скоростей образования га-вов. Эта дифференциация наиболее отчетлива в первое время после ■ начала образования газов. ' У .

4.Показано, что в ороааемом напуском шпон,черноземе,"черноземе »лом и лугоЕо-болотиоЙ почве, эатошгеяЕнх под культуру ри-' са, дериово-подзоластой, перегЕо^о-гртнтоЕо-глеевой в торфякзе-то-гдеевой почвах образуется следувсие газообразные углеводороды:1

■ гз

1!вта;1, этап,'пропан и этилен. .

5.Средне скорости эмзсскл газообразных углеводородов из орошаемого напуском пьяого черкозоню а затоляаютю: под культуру риса соча в летний период агеюг значения а* •час). Поступление углеводородов в атмосферу указывает на незамкнутый характер их круговорота в этих почвах.

6. Омассия углеводородов является значшой статьей пот«!»-углерода почваг.я, составляя, согласно раочвту, длй орошаемого шного чернозем за летний период величину около 55 кг С/га, а для поча под рисом - 220 кг С/га.

7 .Средняя скорость эиксевв Ез выгого чернозема и дагово-' болотной почвы, 'затосяекаш; под культуру риса, в летшй период равна 2,6'1{Г3 г/£*?-час>. Эмиссия молекулярного водорода из оро-саемого шного черзоэеш и присутствие Е^ в газовой фазе почв» не обнаружены.

З.Практдчееки полное отсутствие ^ » газовой фазе оропаеыого чернозема, наряду о эмиссией'значительных количеств молекулярного водорода из затопленных почв, свидетельствуют о разной интенсивности процессов образования и потребления Н^ в этих почвах.

V- ^.Впервые обнаружено» тго в рассеянном углеводородном газе иезатоЕленннх почв отноентальдые содержания метана, этана и провара близки к таковым в природном углеводородном газе месторождений. -

]1АУЧ;!О-.,ДЛ'ОДГШС::2 м'шлачвекш гтшцвдс!: ;

-изучения газов почва рокомецдуятся способ отбора я хроштографнчес кие методы анализа, предложение а настоящей работе. ■".. 'у- '■.•■■■

2 Изучение пространственно-временной дгшалвягаг образовано? газов в почвах предлагается проводить С использованием послоЕно-Оалаасооого способа расчета скоростей образования газов.

- З.Бри лссладоэанин круговорота углерода в почвах рекомеют-' ется оценивать потери углерода вочваю. за счет э;.яссеи газообразных угловодородоа а атмосферу»

4,При проведении поиска газовых и газояефмппас месторождений методом газовой съемки следует принимать во .внимание' возможность образования в почвах.¿татю и продана. .V - .

По материалам диссертации опубликованы следующие работы;

1. Анаэробиоз н газы в почва* (соавт. Аммосова Я- М., Каспаров С. В.). — В кн.; Взаимодействие почвенного и атмосферного воздуха.—М.: Изд-во МГУ, 1985, с. 62—75.

2. Влияние затопления на органическое вещество и газообмен почв (соавт. Аммосова Я. М., Орлов Д. С., Каспаров С. В.).—В кн.: Тезисы докл. VII дел. съезда В ОП.Ташкент, 1985, ч. 2, с. 32.

3. Газовая функння почв избыточного увлажнения (соавт. Перво-ва Н. Е„ Каспаров С. В., Аммосова Я. М ). — В кк.: Тезнсы докл. VII дел-съезда ВОП. — Ташкент, 1985, ч. 5, с. 153.

4. Способ отбора проб почвенного воздуха (соавт. Каспаров С. В., Паников Н, С„ Первова Н. ЕЛ. Авторское свидетельство СССР, № 1257443. . -

5. Мембранный пробоотборник для анализа газового состава почвенного воздуха (соавт. Каспаров С, В., Панике® Н. С.). — Почвоведение, 1935, № 11, с, 145—150.

6', Газы анаэробного происхождения в затопленных почвах (соавт. Каспаров С. В., Аммосова Я. М„ Ермакова С. О.). —Н, Д. В. Ш., сер. Бнол. науки, 1986, № 4, с. 99—103.

7. Образование рассеянного углеводородного газа в почвах (соавт. Орлов Д. С., Каспаров С, В., Первова Н. Е„ Аммосова Я- М.).—В кн.: Второе Всесоюзное совещание по геохимии углерода. — М„ 1986, с. 190— 392.

8. Эмиссия Н» и С02 почвами при затоплении (соавт. Каспаров С.,В, Аммосова Я. М.). — Вестник Московского ■университета, сер. Почвоведение. 1986. № 4, с. 23—27. - * -

9. Некоторые подходы к изучению функционирования газового профиля почв (соавт, Каспаров С. В., Аммосова Я. М., Первова Н. Е,). — Почвоведение, 1986, Nt 10, с 127—130,

10. Образование и выделение газов из затопленных почв (соавт. Каспаров С, В.). — Труды VII конференции молодых ученых ф-та почвоведения МГУ (Москва, 1985>. Деп. ВИНИТИ (на депонировании),

11. Газообразные вещества — продукты метаболизма микробных ценозов переувлажненных почв (соавт. Каспаров С. В., Аммосова Я. М.).—' Журнал обшей биологии, 1987 (в печати).

12. К методам исследования газов и летучих' органических веществ почвы (соавт." Каспаров С В., Паников Н. С„ Первова Н. Е.).~ Вестник Московского университета, сер. Почвоведение, 1987 (в печати).

J3, Газообразные углеводороды в орошаемых почвах (соавт. Каспаров С. В., Первова Н. Е., Аммосова Я. М., 3 бариту к Н. Г.). — Почвоведение, 1987 (в печати). ~ -

Л:60003 5/1-87 г. Объем 1'/а п. л. Ззк. 146. Тир. 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44

Бесплатно •